海边防风林沙地改造污泥中氮磷的迁移行为DOC.docx

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海边防风林沙地改造污泥中氮磷的迁移行为DOC

泉州师范学院

毕业论文（设计）

题目：

海边防风林沙地改造污泥中

氮磷的迁移行为

化学与生命科学学院材料化学专业10级班

学生姓名吴智来学号101002035

指导教师张英武职称副教授

完成日期2014年4月

海边防风林沙地改造污泥中氮磷的迁移行为

化学与生命科学学院材料化学101002035吴智来

指导教师：

张英武（副教授）

【摘要】：

在污水厂的污泥中加入某种络合盐溶液，运到崇武国有防护林场。

选择林间、路旁和海边的沙滩三个点作为实验地，间隔一定时间取与地表相接的那层污泥和下面的沙子各50g烘干，再取烘干后的1g样品进行消解，用可见光分光光度计测定水样中氮磷含量。

分期测出几组数据，通过其变化来说明氮、磷的迁移行为。

实验表明用此方法，可把污泥发酵成有机堆肥，可明显的提高沙地的保水能力，提高肥力。

通过观察，可以直观地看到很多植物在其上面长得良好。

【关键词】：

污泥处理沙地改造氮磷迁移堆肥

1前言

传统的污泥处理方法受到时代进步的挑战，处理污泥问题就引起广泛重视，新的处理工艺就顺势出来[]。

城市生活污水污泥的处理是一个世界性的难题，处置不好易造成环境的二次污染。

农作物能否生长以及良好的土壤都需要污水污泥中提供氮磷等有机质[]。

顺应生态的平衡方向，未经过科学处理的污泥用在农用，不但会引起土壤本质的降低，还带来恶臭的空气污染。

目前，处理后的污泥主要运用在制肥搞绿化[]。

截至到2010年9月底，每天有1．22亿立方米的污水被国内已有的2631座污水厂所处理。

城镇污水处理厂有1849座正在建设，总设计能力约达日4660万立方米，我国城镇污水处理厂数量呈年均8％的增长趋势，城镇污水处理量以每年10％的速率增长，污水厂已覆盖全国九成的城市[]。

预测2020年后每天将有536×108立方米的污水排放[]。

总之，处理后的污泥为土壤提供了营养物质，消除地力耗竭，污泥去处等问题[]。

简析污泥在国内的几种处置技术：

1.卫生填埋：

优点：

节省资金，处理量大，便捷。

但是也有缺点：

（1）将占用相当大的填埋体积；

（2）且经脱水后污泥含水率仍高达80％左右，增加了填埋场渗滤液处理的负担[]。

2.焚烧：

有害的物质以及病菌等都会消失在焚烧过程。

虽然此过程产生的能量可以用来发电并对污泥减容，但是焚烧过程中产生的烟气还会造成二次污染。

此外，污泥焚烧处理成本昂贵[]。

3.肥料利用：

主要途径为土壤改良和肥料，利用污泥中的营养和有机质，来实现资源化的利用。

但是处理起来的成本资金以及所需技术难度都比较高[]。

4.厌氧消化法：

目前，已开发出多种厌氧消化法的工艺组合。

优点：

达到减量化，能量回收利用，后续工作得到减轻，耗费较少。

缺点：

要进一步脱水[]。

土地沙化是一个严重的环境问题，严重影响人们的生产和生活[]。

沙地的改良和绿化是一项具有重要意义的研究课题。

沙地问题主要有以下几个方面：

（1）沙地昼夜温差比较大，白天热，地表水分蒸发快，即便下点雨水，很快被蒸发掉；而且沙地土壤形不成团粒结构，渗透能力强，水分很容易就流失掉；沙地水利条件差，井渠少且不配套[]。

种种因素就制约了沙地植被生长。

（2）沙地肥料不足，而且沙地质地不适合植被生长，就使得作物根系不发达，肥料供应不足。

（3）沙地上虽然建起了防风林，但是林带保存较完整的不多，形不成防护网络。

这样植被稀少，风一吹，沙子就漫天的飞来，使得本就不完整的林网更加支离破碎。

纵观国内几个典型的沙地改造模式：

北京大兴城郊园林景观型沙地治理模式：

以完善农田的林为中心建设林草植被，弄好整个县里的绿化，做到村镇防护林。

再种植可以带来经济效益，防风固沙的果树。

黑龙江泰来沙地庄园式生态经济型沙地治理模式：

沙地上以网格建造，形成网、带、片、相结合治沙林的庄园式，农、林、牧的融为一体不但治沙还带来生态经济发展。

福建平潭造林治沙：

以风沙登陆沿岸、农田、路旁、村庄设计层层防护林，建立起可以有效治沙防风灾害、恢复极佳生态环境的防风固沙综合体系[]。

本实验提出了一个以污水处理厂产生的污泥为沙地的改良剂，以废治废的方法，可适用于一般沙地，也可适用于风力较大的海边沙地。

自制某种络合盐溶液拌入污泥中，将污泥运到实验沙地上发酵，发酵后成有机肥，可用于改良沙地和沙地种植的肥料。

在沙地上铺上一层处理过的污泥，植被就可以有足够的有机质营养了，而且还保水固水固沙。

本实验提出的方法不但解决了污泥去处以及耗费资金少，而且还改造了沙地，种上可以带来经济效益的植被，就可以带动当地的经济收入。

比之国内的治沙防风林更来的便捷，易于推广。

2实验部分

2.1实验试剂

2.1.1实验药品

氢氧化钾（AR），上海联试化工试剂有限公司

酒石酸钾纳（AR），天津市博迪化工有限公司

氯化铵（AR），上海联试化工试剂有限公司

碘化钾（AR），天津光复科技发展有限公司

二氯化汞（AR），天津市博迪化工有限公司

钼酸铵（AR），天津市化学试剂四厂

抗坏血酸（AR），天津化学试剂研究所

酒石酸锑钾（AR），天津市博迪化工有限公司

浓硫酸（AR），北京化工厂

磷酸二氢钾（AR）,天津市博迪化工有限公司

高氯酸（7%）。

草酸（白色晶体）

2.1.2实验试剂

饱和硼酸溶液：

25g硼酸溶于500mL水中

抗坏血酸（100g/L）：

溶解10g抗坏血酸（C6H8O6）于水中，并稀释至100mL。

钼酸盐溶液：

溶解13g钼酸铵[（NH4）6Mo7O24·4H2O]和0.35g酒石酸锑钾于100mL水中。

在不断搅拌下把钼酸铵溶液徐徐加到300mL硫酸中，加酒石酸锑钾溶液并且混合均匀。

磷标准贮备溶液：

称取0.2197±0.001g的磷酸二氢钾（KH2PO4）于烧杯中加水溶解，转移至1000mL容量瓶中，再取5mL硫酸用水稀释至标线并混匀。

1.00mL此标准溶液含50.0ug磷。

本溶液在玻璃瓶中可贮存至少六个月。

磷标准使用溶液：

将10.0mL的磷标准溶液转移至250mL容量瓶中，用水稀释至标线并混匀。

含磷：

2ug/mL。

需现配现用。

纳氏试剂:

取60g氢氧化钾溶于300mL水中，冷却至室温，取20g碘化钾，8.5g二氯化汞，混合溶于25mL水中，搅拌注入氢氧化钾中，稀释至400mL，放置于聚乙烯瓶保存.

酒石酸钾纳溶液:

称取50g酒石酸钾纳（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100mL水中,加热煮沸以除去氨,放冷,定容至100mL.

铵标准贮备溶液:

称取3.819g的优级纯氯化铵（NH4Cl）溶于水中,移入1000mL容量瓶中,稀释至标线.氨氮含量：

1mg/mL.

高氯酸（7%）溶液：

将70mL高氯酸溶液转移至1000mL容量瓶中，稀释至标线并混匀。

2.2实验仪器

722型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）

容量瓶（50mL），烧杯（100mL，500mL），玻璃棒，移液管（1mL,2mL,5mL,10mL,15mL，20mL）

量筒，试管，胶头滴管，铁架台，酒精灯，研钵、电子天平，玻璃片，烘箱.

2.3试验方法

2.3.1标准溶液的配制

铵标准贮备溶液：

称取3.819g的优级纯氯化铵（NH4Cl）溶于水中，移入1000mL容量瓶中,稀释至标线。

氨氮含量：

1mg/mL。

磷标准贮备溶液：

称取0.2197±0.001g的磷酸二氢钾（KH2PO4），用水溶解后转移至1000mL容量瓶中，加入大约800mL水、加5mL硫酸用水稀释至标线并混匀。

磷含量：

50ug/mL。

本溶液在玻璃瓶中可贮存至少六个月。

2.3.2显色剂的配制

酒石酸钾纳溶液:

称取50g酒石酸钾纳（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100mL水中，加热煮沸以除去氨，冷却后，定容至100mL。

抗坏血酸（100g/L）溶液：

溶解10g抗坏血酸（C6H8O6）于水中，并稀释至100mL。

此溶液需贮于棕色的试剂瓶中，在黑暗阴凉处可稳定放置几周。

如不变色可长时间使用。

钼酸盐溶液：

溶解13g钼酸铵[（NH4）6Mo7O24·4H2O]和0.35g酒石酸锑钾于100mL水中。

在不断搅拌下把钼酸铵溶液缓慢加到300mL硫酸中，后加入酒石酸锑钾溶液并且混合均匀。

纳氏试剂:

取60g氢氧化钾溶于300mL水中，冷却至室温，取20g碘化钾，8.5g二氯化汞，混合溶于25mL水中，搅拌注入氢氧化钾中，稀释至400mL，放置于聚乙烯瓶保存.

2.3.3试验方法

在污水厂的污泥中加入某种络合盐溶液，运到崇武国有防护林场。

选择林间、路旁和海边的沙滩三个点作为实验地，间隔一定时间，取回污泥和污泥下面的10cm深和20cm深的沙子各50g放入调好温度的烘箱中进行105°烘干，（污泥烘干需12个小时，沙子需3个小时）取烘干后污泥和沙子各1g，倒入100mL的小烧杯中，其中污泥要用研钵进行研磨。

用移液管取20mL配好的高氯酸（7%）移至上述装好沙样或泥样的小烧杯中，盖上玻璃片，用酒精灯进行半小时的煮沸。

半小时后待冷却后加入一小勺草酸，混匀静止10min，移取适量澄清液加入显示剂，摇匀，静置15min，再进行吸光度的测量。

2.4氮磷的测定方法

2.4.1氮标准曲线的绘制

（1）配置铵标准使用液：

移取5.00mL铵标准贮备液于500mL容量瓶，加入蒸馏水定容。

此溶液的浓度即为0.010mg/mL。

（2）标准色列配置：

移取0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.0mL铵标准使用液于50mL容量瓶中，加水至标线；再加入1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀；后加入1.5ml纳氏试剂，混匀；放置显色约10min后，在波长为420nm处，用光程10mm的比色皿，以蒸馏水为参比，测量吸光度。

（3）绘制标准曲线

根据测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量（mg）为横坐标，对校正吸光度为纵坐标的标准曲线。

N/mg00.010.020.040.060.080.1

吸光度/A00.0410.0770.1480.2270.3030.378

图1

2.4.2水中氮含量的测定

将处理后水样中澄清部分倒入50mL容量瓶中，蒸馏水稀释至标线，再加入1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀；后加入1.5mL纳氏试剂，混匀；放置约10min后，在波长420nm处，用光程10mm的比色皿，以蒸馏水为参比，测量吸光度后代入图1中的公式计算。

2.4.3磷标准曲线的绘制

移取磷酸盐标准溶液0、1.0、2.0、6.0、10.0、20.0、30.0mL于容量瓶中。

加水至50mL。

然后分别向各份加入1mL抗坏血酸溶液混匀，30s后加2mL钼酸盐溶液充分混匀。

室温下放置15min后，使用光程为30mm的比色皿，700nm波长下，测定吸光度。

P/ug02412204060

吸光度/A00.0120.0310.0990.1510.3010.474

图2

2.4.4水中磷含量的测定

将处理后水样中澄清部分倒入50mL容量瓶中，蒸馏水稀释至标线，加入1mL抗坏血酸溶液混匀，30s后加2mL钼酸盐溶液充分混合，室温下放置15min后，使用光程为30mm的比色皿，在700nm波长下，以蒸馏水作参比，测出吸光度后代入图2中的公式计算。

3结果与讨论

3.1第一次取样分析

污泥经过一个月左右的堆放，肉眼可以明显看到污泥表面长有很多绿色的苔藓，而且污泥表面已经均裂，看上去表面被切成一块一块的，并且污泥的臭味已经不明显了，掰开污泥可以看到污泥里层有节肢动物，说明已经可以适合微生物生长了，并取第一次样品回去测其氮磷含量。

表1.

林间沙地空白10cm林间沙地空白20cm海边沙地空白10cm海边沙地空白20cm

氮mg/g0.094260.084440.005070.00109

磷mg/g0.031150.030430.004360.00301

表2

林间A污泥林间B污泥路旁污泥海边A污泥海边B污泥

氮mg/g0.088280.111200.029490.037450.03175

磷mg/g0.035110.039790.090860.007840.00925

表3

沙子林A10cm林A20cm林B10cm林B20cm路旁10cm路旁20cm海A10cm海A20cm海B10cm海B20cm

氮mg/g0.132510.087090.122700.113400.065060.066930.005070.004540.023120.00826

磷mg/g0.065250.027760.061050.033150.027550.021430.003120.001860.015670.01146

通过表1和表3的对比可以发现原本的沙地氮磷含量都很低，经过1个月污泥堆肥后，表3中林间的氮磷含量明显高于林间未处理的空白沙地，海边的只是略高于未处理的空白沙地。

而且通过照片可以看到污泥底下已经开始有微生物生长了。

表2和表3比较可以发现污泥的氮磷含量跟10cm深的沙子含量基本差不多，说明氮磷开始迁移，有机质富集在污泥和沙子之间。

3.2第二次取样分析

通过照片可以看出已经有植被长出了，而且长出的植被叶色深绿，叶片肥大，而林间污泥堆肥旁边的对比地，可以看出杂草很多，但有的已经枯萎了，叶片细长瘦弱，品质恶劣，说明原来的沙化地不适合植被生长，缺水缺养分。

表4

林间沙地空白10cm林间沙地空白20cm海边沙地空白10cm海边沙地空白20cm

氮mg/g0.076210.031350.022590.00693

磷mg/g0.016510.025480.003780.01205

表5

林间A污泥林间B污泥路旁污泥海边A污泥海边B污泥

氮mg/g0.123500.224300.066120.066390.09027

磷mg/g0.056990.061050.091850.021080.03584

表6

沙子林A10cm林A20cm林B10cm林B20cm路旁10cm路旁20cm海A10cm海A20cm海B10cm海B20cm

氮mg/g0.079660.065590.078330.098500.074350.060020.018080.002420.001620.00189

磷mg/g0.048390.045350.049710.036030.027670.024110.004920.003620.002620.00287

第二次取样点主要分布在堆泥外围，而且受到植物根系影响，沙子里的氮磷含量会低于中心位置。

氮磷基本往沙子里迁移，而且可以看到污泥表面均裂的地方植物开始快速生长。

3.3第三次取样分析

污泥表面的植物生长品质极佳，叶色深绿，茎叶繁茂。

说明污泥堆肥满足植物需求养

分和水分等等。

而且可以看到污泥表面基本已经干裂，牢牢固住底下的沙子和植物的根系。

表7

林间沙地空白10cm林间沙地空白20cm海边沙地空白10cm海边沙地空白20cm

氮mg/g0.011440.020470.004540.00534

磷mg/g0.005570.004940.008910.00365

表8

林间A污泥林间B污泥路旁污泥海边A污泥海边B污泥

氮mg/g0.041170.031080.009850.036130.04727

磷mg/g0.025320.034770.009900.026050.02833

表9

沙子林A10cm林A20cm林B10cm林B20cm路旁10cm路旁20cm海A10cm海A20cm海B10cm海B20cm

氮mg/g0.021530.021790.017550.013030.016480.018340.029760.009050.052050.00879

磷mg/g0.024780.000710.009770.005430.021830.003510.012840.003520.004140.00223

第三次测出来的氮磷含量比较前两次的更少，一是取样点在外围，氮磷渗透下去，二是

供给植物生长。

这期间植物明显在快速生长，植物吸收足够的氮就等于叶绿素的组成成分增多，叶片就能长得越繁茂，而足够的磷就能供给植物细胞快速分裂和增殖。

所以氮磷含量会减少，植物生长的品质非常好。

3.4第四次和第五次取样分析

污泥上面植物基本已经成长成型了，可以看到污泥表面已经干硬了，牢牢固在那，保湿保沙，下雨过后，也不会出现水土流失状况。

把污泥掰开可以看到底下的沙子湿度跟没污泥堆肥的空白沙子20cm深的湿度相近，而且植物也没被沙子覆盖和被风吹倒。

表10

氮mg/g磷mg/g

第四次第五次第四次第五次

林间泥A0.054180.061870.045260.04410

林间泥B0.078860.066390.050640.03965

路旁泥0.078060.066920.044620.05345

海边泥A0.069040.067710.024560.02979

海边泥B0.044620.049660.013430.02006

表11

沙氮mg/g磷mg/g

子第四次第五次第四次第五次

林A100.110720.127400.027200.03027

林A200.125300.095580.054090.06433

林B100.119710.100420.047530.04625

林B200.061610.103840.034700.04173

路100.055770.084170.036520.02604

路200.049930.069840.006970.00794

海A100.057630.098770.010670.01004

海A200.088950.065060.005590.00719

海B100.008260.011970.000550.00093

海B200.007210.009580.001970.00375

表10和表11可以看出第四次第五次的取样结果变化不大，说明植物生长基本定型，植物开始固氮固磷，保持这片土地的肥沃。

从五次取样结果很容易看出原本不适合植物生长的这片沙地，经过本实验的堆肥，解决了沙地上可以绿化，起到治沙效果。

3.5海边沙地五次取样分析

图3

图4

从图3可以明显看出，经过五次取样回来氮磷含量检测发现，沙地有机质大体大幅度增加，说明经过本实验处理的污泥堆肥方法使可行的。

虽然海边处于风沙登陆口，污泥基本被沙子覆盖，但通过氮磷含量检测，改良沙地效果还是显著的，为了能在海边种植，前期在沿岸用沙袋堆起来防风防沙，把海边堆积的污泥摊开，铺在地上，种上植物，这样所需营养有污泥提供，而且铺上一层污泥后，还保住水分，植物就能顺势生长。

而且从污泥横切面看出：

厚实硬邦。

这样就能很好的保水固沙，保护植物根系，不被风吹倒。

3.6五次取样综合分析

图5图6可以看出经过一段时间的迁移，沙子的氮磷含量会增加，所以第二次高于第一次，而第三次明显偏小，因为堆泥表面植物属于快速生长阶段，营养供植物生长，而且取样点基本位于堆泥外围。

第四次第五次植物趋于生熟，基本开始固氮固磷，氮磷从堆泥迁移沙层，往下渗透，改良了原本贫瘠的沙地。

图5

图6

4.实验的结论

1.该实验处理的污泥与国内现有其它污泥处理方法比较，成本明显偏低，易于推广，具有很大的社会效益和经济效益。

2.该处理方法所需设备非常简单，处理后污泥放置一段时间后不会产生臭味，处理的效果较好.。

3.用本实验处理的污泥做肥料植物生长品质明显极佳。

4.本实验不但解决了污泥的去处，还改造了海边沙地，保住水分，不被流失，实现与防风林防沙固沙等同效果，本实验的方法更加便捷，省时省力更节省资金，带来的却是更好的效益。